煤
煤的种类
煤化程度最高、 煤化程度最高、年 龄最老 发热量大 (29260kJ/kg) 灰分少 含硫量低 受热时易爆 裂成碎片 不易着火与 燃烧， 燃烧，反应 活性差 灰黑色、 灰黑色、具有金属 光泽、 光泽、无明显条带 密度大 含碳量高 挥发份极少 组织致密、 组织致密、坚硬 吸水性小 适于长途 运输与长 期储存 主要用作 气化和碳 素工业的 原料、 原料、民 用燃料
煤的组成
有效氢：与碳、 有效氢：与碳、硫结 合，可燃烧放出热量 氢 化合氢：与氧结合， 化合氢：与氧结合， 不参与燃烧反应
煤的组成
氧：含量 随着煤的 炭化程度 增加而减 小
基本结构单元周围的烷基侧链和官能团
含氧官能团
—OH——主要是酚羟基，烟煤的主要官能团 OH——主要是酚羟基 主要是酚羟基， —COOH—— 褐煤特性官能团，酸性比乙酸强 COOH—— 褐煤特性官能团， >C=O—— 无酸性， >C=O—— 无酸性，煤中分布很广 —OCH3—— 存在于泥炭和软褐煤中 —O— —— 年老褐煤中占优势
燃料成分表示的基准 燃料中的灰分和水分会随着燃料的开采、运输和储存过 燃料中的灰分和水分会随着燃料的开采、 程而发生变化。 程而发生变化。而燃料成分表示的是各成分的相对百分 含量，为此必须规定燃料成分表示的分母基准。 分母基准。 含量，为此必须规定燃料成分表示的分母基准 –根据燃料中灰分和水分的变化情况分为4种基准： 根据燃料中灰分和水分的变化情况分为4种基准： 灰分和水分的变化情况分为 •收到基（ar -as received)、空气干燥基(ad -air received)、空气干燥基(ad 收到基（ dry)、干燥基(d dry)和干燥无灰基(dafdry)、干燥基(d-dry)和干燥无灰基(daf-dry ash free) (d和干燥无灰基(daf
元素硫
元素硫
煤中的杂原子
含硫官能团
硫 硫 醇（R—SH） SH） 醚（R—S—R’）
二硫醚（ 二硫醚（R—S—S—R’） 硫 醌
杂环硫
h--A --
工业分析(工分) 工业分析(工分) ※ 煤 质 分 析 Proximate Analysis
水分(Moisture--M -水分(Moisture--M) 挥发份(Volatile--V -挥发份(Volatile--V) 固定碳(Fixed 固定碳( Carbon--FC) Carbon--FC --
挥发分高 可燃性好 反应活性好 含硫量低 机械性能很 差 灰分熔点低
主要用于 产区附近 的锅炉燃 料、气化 原料 不适于远 途运输、 途运输、 工业应用 价值不大
煤的种类
褐
外表呈褐色或者暗 褐色， 褐色，无光泽 真密度较大 (1.30~1.60g/cm3) 堆积密度750～ ～ 堆积密度 800kg/m3 粘结性弱 极易氧化和 自燃 吸水性较强 机械强度较 新开采) 大(新开采 新开采 在空气中极 易风化和破 碎，导致其 机械性能很 差 主要用于 产区附近 的锅炉燃 料、气化 原料 不适于远 途运输和 长期储存 工业应用 价值不大
炼焦和气化
第二讲 固体燃料的性质
煤的种类及其化学组成
煤的种类及其化学组成
生物学 地质学 化 学
煤是由植物残骸在适 宜的地质环境下经过 漫长岁月的天然煤化 作用形成的一种棕色 至黑色的可燃烧的固 体矿物质燃料
菌解作 用阶段 炭化作 用阶段
植物质的 堆积阶段
煤的种类
※ 炭 化 程 度 泥煤(Peat Coal) 泥煤 褐煤(Brown Coal、Lignite) 褐煤 、 烟煤(Bituminous Coal) 烟煤 无烟煤(Anthracite Coal) 无烟煤
煤的成分表示方法
可燃基(干燥无灰基， 可燃基 干燥无灰基，dry ash free basis--daf) 干燥无灰基
Cdaf + H daf + Odaf + N daf + S daf = 100
煤的成分表示方法
FC% = 100% − M % + A% + V%） （
煤的成分表示方法
水分换算公式： 水分换算公式：
100 − M w ) Mq = Mw + Mn( 100
Mq 全水分 Mw 外水分 Mn 内水分
M ar
100 − M w = M w + M ad ( ) 100
M和M内＋M外 在什么基准下 相等？ 相等？
Mar=Mn, ar＋Mw, ar
Mn, ar= Mn, ad(100-Mw, ar)/100
惰 性 质
元素 C
描述
可燃元素，煤化程度越高含碳量越大。完全燃烧时生成二氧化碳，此时每千克 可燃元素，煤化程度越高含碳量越大 占燃料质量 煤化程度越高含碳量越大，占燃料质量 煤化程度越高含碳量越大 纯碳可放出32866 kJ热量；不完全燃烧时生成一氧化碳，此时每千克纯碳放出 纯碳可放出32866 kJ热量；不完全燃烧时生成一氧化碳，此时每千克纯碳放出 的热量仅为9270kJ 的热量仅为9270kJ 。完全燃烧时生成二氧化碳，此时每千 煤50～90%。 ～ 可燃元素。发热量最高，每千克氢燃烧后的低热值为120370kJ（约为纯碳发热 可燃元素。发热量最高，每千克氢燃烧后的低热值为120370kJ（约为纯碳发热 可燃元素。发热量最高，每千克氢燃烧后的低热值为 。 量的4倍），含量较少，在可燃质中含碳量为85%时，有效氢含量最高，约 量的氧化碳，此时每千克纯碳放出的热量仅为9270kJ。 5%。 4倍），含量较少，在可燃质中含碳量为85%时，有效氢含量最高，约5%。 120370kJ（约为纯碳发热量的4倍），煤的炭化程度 煤的炭化程度 在煤中氢以两种形式存在，与碳、硫结合在一起的，叫做可燃氢，它可以有效 煤的地质年代越久远，煤的含炭量越多，着火与燃 越高，含氢量越少，煤一般的含氢量为2～10%。在 越高，含氢量越少 地放出热量。另一种是和氧结合在一起的，叫化合氢，它不能放出热量，在计 烧越困难，但发热量大。 算发热量和理论空气量时，以有效氢为准。 煤中氢以两种形式存在，与碳、硫结合在一起的，叫
燃 烧 学
第二讲 固体燃料的性质
燃料的分类
固体燃料：煤(Coal) 固体燃料：煤(Coal) 燃 液体燃料：石油(Petroleum) 液体燃料：石油(Petroleum) 料 气体燃料：天然气(Nature Gas) 气体燃料：天然气(Nature
第二讲 固体燃料的性质
工业热能和动力 的来源 煤 化工原料
煤的组成
高温燃烧时可以和氧 形成NOx 形成 氮 含量高时可以作为氮 素资源通过干馏回收
煤中的杂原子
含氮官能团
主要以六元杂环、吡啶环或喹啉环等形式存在 主要以六元杂环、
还有胺基、亚胺基、腈基等 还有胺基、亚胺基、
煤的组成
黄铁矿、白铁矿（ 黄铁矿、白铁矿（FeS2） 硫化物硫 可燃） （可燃） 砷黄铁矿（ 砷黄铁矿（FeAsS） ） 磷黄铁矿 黄铜矿（CuFeS2） 黄铜矿（ 硫酸盐硫 不可燃） （不可燃） 石膏（ 石膏（CaSO42H2O） ） 绿矾（FeSO47H2O） 绿矾（ ） 无机 硫
Cad + H ad + Oad + N ad + S ad + Aad + M ad = 100
干燥基(Dry basis--d)，烘箱 干燥基 ，烘箱(102-105℃)中烘干失去全 ℃ 中烘干失去全 部水分，表示煤中的稳定成分， 部水分，表示煤中的稳定成分，用于不同煤种的质量 比较
Cd + H d + Od + N d + S d + Ad = 100
重晶石（ 重晶石（BaSO4） 硫醇化合物（ － ）： ）：苯硫酚 硫醇化合物（R－SH）：苯硫酚
煤中硫的存在形式
有机硫 可燃） （可燃）
硫化物（ － － ‘）：硫醚 硫化物（R－S－R‘）：硫醚 二硫化合物（ － － － ’）：二硫醚 二硫化合物（R－S－S－R’）：二硫醚 噻吩类杂环硫化物：噻吩、 噻吩类杂环硫化物：噻吩、硫茂
煤
含碳量较高 含氢、 含氢、氧量较少 挥发分产率较低
煤的种类
褐
变质作用
煤化程度较高
烟
挥发份较少 密度较大 吸水性较小 含碳量继续增加
煤
煤
含氢、 含氢、氧量继续减少 具有粘结性
煤的种类
烟
粘结性的强弱 挥发份的多少
长焰煤(6) C 长焰煤 气 煤(3) 肥 煤(1) 焦 煤(2) 瘦 煤(4) 贫 煤(5) O 挥发份
Carbon--C -碳(Carbon--C)
元素分析(元分) 元素分析(元分) Ultimate Analysis
Hydrogen--H -氢(Hydrogen--H) Oxygen--O -氧(Oxygen--O) Nitrogen--N -氮(Nitrogen--N) Sulfur--S -硫(Sulfur--S)
煤的工业分析值
水 分 煤 的 工 业 分 析 值 灰 分 挥发份 固定碳 热值 焦渣特性
煤的工业分析
焦炭 水分（ 挥发分（ ） 灰分（ ） 固定碳（ 水分（M) 挥发分（V） 灰分（A） 固定碳（FC)
无 烟 煤
煤大分子结构的现代概念示意图
煤的组成
碳(Carbon--C)……20～70% ～ 氢(Hydrogen--H) 3～5% ～ ※ 煤 氧(Oxygen--O) 氮(Nitrogen--N) 硫(Sulfur--S)
矿物质(Ash-A) 矿物质 水分(Moisture-M) 水分
可 燃 质
不同煤化程度煤的基本结构单元
褐煤 次烟煤 高挥发分烟煤
无烟煤 石墨
低挥发分烟煤
煤的种类
最年轻的煤
泥 煤 or 泥 炭
保留着植物遗体的 痕迹 质地疏松 吸水性强(40%) 吸水性强 堆积密度300～ 堆积密度 ～ 450kg/m3(露天风干 露天风干) 露天风干 含氧量高(28~38%) 含氧量高 含氢量高(20~30%) 含氢量高 含碳量少